Nghiên cứu tổng hợp, xác định cấu trúc và khả năng ứng dụng của 4,4'-Azobis(4-cyanovaleric acid)

Bài viết trình bày một số kết quả nghiên cứu để tổng hợp 4,4-azobis(4- cyanovaleric acid) (ACVA) trong môi trường nước, sử dụng xúc tác natri vonframat. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, khi sử dụng tỷ lệ mol của các cấu tử tham gia phản ứng là: Axit levulinic: NaCN: hydrazin hydrat: Na2WO4 = 0,15 : 0,15: 0,075: 0,0015; phản ứng được thực hiện theo 2 giai đoạn: giai đoan đầu tiến hành ở nhiệt độ 25÷30o C trong thời gian 4 giờ, giai đoan hai tiến hành ở nhiệt độ 0o C÷5o C trong thời gian 2 giờ trong môi trường pH= 1 sẽ thu được ACVA với hiệu suất lên đến 89,57% và độ tinh khiết đạt 98,7%.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu tổng hợp, xác định cấu trúc và khả năng ứng dụng của 4,4-Azobis(4-cyanovaleric acid)Nghiên cứu khoa học công nghệNGHIÊN CỨU TỔNG HỢP, XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA 4,4-AZOBIS(4-CYANOVALERIC ACID) Chu Chiến Hữu*, Phạm Xuân Thạo Tóm tắt: Bài báo trình bày một số kết quả nghiên cứu để tổng hợp 4,4-azobis(4- cyanovaleric acid) (ACVA) trong môi trường nước, sử dụng xúc tác natri vonframat. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, khi sử dụng tỷ lệ mol của các cấu tử tham gia phản ứng là: Axit levulinic: NaCN: hydrazin hydrat: Na2WO4 = 0,15 : 0,15: 0,075: 0,0015; phản ứng được thực hiện theo 2 giai đoạn: giai đoan đầu tiến hành ở nhiệt độ 25÷30oC trong thời gian 4 giờ, giai đoan hai tiến hành ở nhiệt độ 0oC÷5oC trong thời gian 2 giờ trong môi trường pH= 1 sẽ thu được ACVA với hiệu suất lên đến 89,57% và độ tinh khiết đạt 98,7%.Từ khóa: Chất khơi mào gốc tự do; Hợp chất azo; 4,4-azobis(4- cyanovaleric acid). 1. MỞ ĐẦU Cao su butadien acrylonitril có chứa nhóm cacboxyl đầu mạch và chứa 10% nhómacrylonitril (BAC-10) được dùng làm chất kết dính trong chế tạo thỏi thuốc phóng rắn hỗnhợp của một số loại tên lửa. BAC-10 được trùng hợp từ 2 nguyên liệu đầu chính là : 1,3-butadien, acrylonitril và dùng 4,4-azobis(4 cyanovaleric acid) (ACVA) làm chất khơi mào,đồng thời cũng đóng vai trò là chất tạo ra các nhóm chức cacboxyl đầu mạch củacopolyme tạo thành [1]. Đây chính là đặc điểm quan trọng nhất tạo ra tính chất nổi trội củachất kết dính BAC-10 so với các chất kết dính khác đã được sử dụng để chế tạo nhiên liệutên lửa rắn hỗn hợp. Tuy nhiên, 4,4-azobis(4 cyanovaleric acid) (ACVA) là loại hóa chấtkhông có sẵn ở thị trường trong nước, rất khó nhập khẩu. Trong nước chưa có đơn vị nàonghiên cứu sản xuất loại hóa chất này. Do đó, vấn đề nghiên cứu tổng hợp chất khơi mào4,4-azobis(4 cyanovaleric acid) là có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao. Người ta sử dụng một vài phương pháp để tổng hợp ACVA [2]. Hầu hết các phươngpháp đều sử dụng nguyên liệu đầu là axít 4-oxopentanoic hoặc natri oxopentanoat, axitxyanhidric hoặc muối của nó, hydrazin hydrat hoặc hydrazin sulfat… các phản ứng có thểđược tiến hành trong môi trường nước hoặc hỗn hợp nước-axeton [2],[3]. Bằng việc sửdụng các hệ oxy hóa khác nhau, các chất xúc tiến khác nhau có thể thu được sản phẩmcũng như hiệu suất phản ứng khác nhau. Các công bố trên thế giới đến thời điểm này chothấy các phần lớn các phương pháp tổng hớp ACVA đều sử dụng khí Clo làm chất oxyhóa [2],[3],[4]. Khí clo dư sau quá trình tổng hợp ACVA gây ảnh hưởng xấu đến môitrường, tốn kém chi phí xử lý và tiềm ẩn nhiều nguy hiểm cho người sản xuất. Lọc, tinh chế Bài báo này trình bày một số kết quả nghiên cứu tổng hợp ACVA trong môi trườngnước sử dụng xúc tác Na2WO4. Phản ứng tổng hợp ACVA xảy ra theo hai giai đoạn chính: Giai đoan đầu tiến hành ở nhiệt độ 25÷30oC trong thời gian 4 giờ. Ở giai đoạn này xảyra hai phản ứng liên tiếp nhau: axit 4-oxopentanoic tác dụng với muối xyanua natri vàhydrazin hydrat tạo thành sản phẩm trung gian dạng hydrazo.Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 58, 12 - 2018 117 Hóa học & Kỹ thuật môi trường Giai đoạn hai là oxi hóa sản phẩm trung gian hydrazo để tạo thành ACVA. Giai đoạnnày là giai đoạn quan trọng nhất ảnh hưởng đến tốc độ và chất lượng của ACVA tạo thành.Các yếu tố chính ảnh hưởng đến phản ứng ở giai đoạn hai này bao gồm: độ pH, nhiệt độ,thời gian phản ứng và đặc biệt là tỷ lệ xúc tác và đây cũng là những nội dung nghiên cứuchính của bài báo này. 2. THỰC NGHIỆM2.1. Hóa chất thí nghiệm Các hóa chất được sử dụng trong nghiên cứu là: - Axit levunilic C5H8O3 98%, Merck; - Natri cynua NaCN 96%, Merck; - Natri tungstat Na2WO4.2H2O 96%, England; - Hydrazine hydrate H4N2 50 – 60%, Sigma Aldrich; - Natri bromua NaBr 99%, Merck; - Axit clohydric HCl 36 – 38%, Merck; - Nước cất 2 lần.2.2. Thiết bị - Máy khuấy từ gia nhiệt IKA C-MAG HS-7 - Cân điện tử: AAA250LE (Thụy Sỹ), độ chính xác 10-3 g. - Bình cầu 3 cổ, dung tích 500 ml. - Thiết bị phân tích phổ hồng ngoại Bruker Tensor II - Máy sắc ký lỏng cao áp HPLC Agilent 11002.3 Tổng hợp ACVA bằng xác tác Na2WO4 trong môi trường nướca/ Quy trình tổng hợp ACVA Trong bình cầu có cánh khuấy, sinh hàn hồi lưu, bình nhỏ giọt và nhiệt kế, tiến hànhnạp 70ml nước cất, 4g (0,075 mol) hydrazine hydrat 55% và 7,3g (0,15 mol) NaCN ởnhiệt độ phòng. Sau đó nhỏ từ từ vào hỗn hợp phản ứng 17,8g (0,15 mol) axit 4-oxopentanoic 99% và giữ 4 tiếng ở nhiệt độ 25÷30oC. Sau đó hệ phản ứng được duy trì ởcác nhiệt độ: 0oC÷5oC; 10 oC; 20 oC; 30 oC; 40 oC. Thêm Na2WO4.2H2O theo tỷ lệ % moltương ứng ...